KR102302884B1 - Calculating method for number of carbon-nanotubes - Google Patents

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주식회사 제이오
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Abstract

The present invention relates to a method for calculating the number of individuals of carbon nanotubes. According to the present invention, the number of individuals in the bundle form of carbon nanotubes which are synthesized through various methods is accurately calculated, thereby being provided as an evaluation index when used in a specific field.

Description

탄소나노튜브의 개체수 산출 방법{Calculating method for number of carbon-nanotubes}Calculating method for number of carbon-nanotubes}

본 발명은 탄소나노튜브의 개체수 산출 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 다양한 방법으로 합성된 탄소나노튜브의 개체수를 정량적으로 평가할 수 있도록 하는 기술에 대한 것이다.The present invention relates to a method for calculating the number of carbon nanotubes, and more particularly, to a technology for quantitatively evaluating the number of carbon nanotubes synthesized by various methods.

탄소동소체의 한 종류인 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 직경이 수 내지 수십 nm이며, 길이가 수백 um에서 수 mm인 물질로 우수한 열적, 전기적, 물리적 성질과 높은 종횡비 때문에 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다. 탄소나노튜브의 고유한 특성은 탄소의 sp2 결합에 기인하며, 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며, 금속에 준하는 전기 전도성을 나타낸다.Carbon nanotube (CNT), a type of carbon allotrope, is a material with a diameter of several to several tens of nm and a length of several hundred μm to several mm. is in progress The intrinsic properties of carbon nanotubes are due to the sp 2 bond of carbon, stronger than iron and lighter than aluminum, and exhibit electrical conductivity comparable to that of metals.

최근까지는 분말 형태의 탄소나노튜브를 분산시켜 복합재료의 강화제로 사용하거나 분산용액을 이용한 투명전도성 필름을 제조하는 방향으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 하지만 복합재료와 투명전도성 필름에 탄소나노튜브를 이용하기 위해서는 탄소나노튜브의 분산이 중요한데 탄소나노튜브의 강한 반데르발스힘(van der Waals force)에 의한 응집력 때문에 이들을 고농도로 분산시키고 분산성을 유지하는 것은 쉽지 않은 일이다. 또한 탄소나노튜브가 강화재로 사용된 복합재료의 경우에는 탄소나노튜브의 우수한 성질을 충분히 발현하기가 힘들다는 단점이 있다.Until recently, many studies have been conducted in the direction of dispersing carbon nanotubes in powder form and using them as reinforcing agents for composite materials or manufacturing transparent conductive films using a dispersion solution. However, dispersion of carbon nanotubes is important to use carbon nanotubes in composite materials and transparent conductive films. It's not an easy thing to do. In addition, in the case of a composite material in which carbon nanotubes are used as reinforcing materials, there is a disadvantage in that it is difficult to sufficiently express the excellent properties of carbon nanotubes.

한편 탄소나노튜브를 합성하기 위한 다양한 방법이 제시된 바 있으며, 합성된 탄소나노튜브는 일정 길이와 직경을 갖는 원통형의 구조를 가지게 된다.Meanwhile, various methods for synthesizing carbon nanotubes have been proposed, and the synthesized carbon nanotubes have a cylindrical structure having a predetermined length and diameter.

하지만 종래에는 합성된 탄소나노튜브의 길이, 개체수, 형상 등의 특성들을 정량적으로 평가할 만한 방법이 없었다. 특히 탄소나노튜브가 고분자 복합소재나, 이차전지의 첨가제로 사용되는 경우 일정 길이의 탄소나노튜브를 일정 수량 첨가해야 할 필요가 있는데, 단위 중량 내에 포함된 탄소나노튜브의 개체수를 알 수가 없어서 공정 정확도가 떨어지는 문제가 있다.However, in the prior art, there was no method for quantitatively evaluating the characteristics of the synthesized carbon nanotubes, such as length, number of individuals, and shape. In particular, when carbon nanotubes are used as polymer composite materials or additives for secondary batteries, it is necessary to add a certain amount of carbon nanotubes of a certain length. There is a problem with falling.

즉, 비표면적이 높으면 개체수는 증가하는 경향을 보이고, 비표면적이 낮으면 개체수는 감소하는 경향을 보이는데, 일정한 면적 또는 체적 내에서 차지하는 탄소나노튜브의 개체수는 모재의 특성을 결정짓는 중요한 요소로 작용하기 때문에, 개체수를 파악하기 위한 방법이 필수적으로 요구되는 바이다.That is, when the specific surface area is high, the number of individuals tends to increase, and when the specific surface area is low, the number tends to decrease. Therefore, a method for identifying the number of individuals is essential.

한편 탄소나노튜브의 특성을 평가하는 종래기술로는 일본공개특허 제2015-230210호(2015.12.21. '평가 방법, 성장 방법, 평가 장치 및 성장 장치') 등이 있다.Meanwhile, as a prior art for evaluating the characteristics of carbon nanotubes, there is Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-230210 (2015.12.21. 'Evaluation method, growth method, evaluation apparatus and growth apparatus') and the like.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다양한 방법으로 합성된 탄소나노튜브에서 단위 중량 내에 포함된 탄소나노튜브의 개체수를 산출해낼 수 있도록 하는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above, and it is to provide a technique for calculating the number of carbon nanotubes included in a unit weight from carbon nanotubes synthesized by various methods. There is a purpose.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 개체수 산출 방법은, 탄소나노튜브의 길이 및 직경을 측정하는 (a)단계; 탄소나노튜브에 가스를 흡착시키고 소모량을 산출하는 (b)단계; 및 상기 (b)단계에서 산출된 가스의 소모량과 상기 (a)단계에서 측정된 탄소나노튜브의 길이 및 직경을 이용하여 탄소나노튜브의 개체수를 산출하는 (c)단계;를 포함한다.A method for calculating the number of carbon nanotubes according to the present invention for achieving the above object includes: (a) measuring the length and diameter of the carbon nanotubes; (b) adsorbing gas to carbon nanotubes and calculating consumption; and (c) calculating the number of carbon nanotubes by using the gas consumption calculated in step (b) and the length and diameter of the carbon nanotubes measured in step (a).

여기서, 상기 (c)단계는, 상기 (a)단계에서 산출된 탄소나노튜브의 길이 및 직경을 통해 단일 탄소나노튜브의 표면적을 산출하는 (c-1)단계; 상기 (b)단계에서 산출된 가스의 소모량을 통해 단위 중량당 표면적인 비표면적을 산출하는 (c-2)단계; 및 상기 비표면적에서 단일 탄소나노튜브의 표면적을 나누어 단위 중량당 개체수를 산출하는 (c-3)단계;를 포함할 수 있다.Here, the step (c) comprises: (c-1) calculating the surface area of a single carbon nanotube through the length and diameter of the carbon nanotube calculated in step (a); (c-2) calculating a specific surface area per unit weight based on the gas consumption calculated in step (b); and (c-3) calculating the number of individuals per unit weight by dividing the surface area of a single carbon nanotube by the specific surface area.

또한, 상기 (a)단계는, 탄소나노튜브를 분산시키는 (a-1)단계; 상기 (a-1)단계에서 분산된 탄소나노튜브를 원심분리하는 (a-2)단계; 및 상기 (a-2)단계에서 원심분리된 탄소나노튜브에서 샘플을 채취하여 길이와 직경을 측정하는 (a-3)단계;를 포함할 수 있다.In addition, the step (a), (a-1) step of dispersing the carbon nanotubes; (a-2) centrifuging the carbon nanotubes dispersed in step (a-1); and (a-3) measuring the length and diameter by taking a sample from the carbon nanotube centrifuged in step (a-2).

또, 상기 방법으로 개체수가 산출된 탄소나노튜브는 2차전지용 양극/음극 도전재, 도료, 안료, 또는 컴파운딩용 첨가제로 사용될 수 있다.In addition, the carbon nanotubes whose number is calculated by the above method can be used as a positive/negative electrode conductive material for a secondary battery, a paint, a pigment, or an additive for compounding.

본 발명에 따른 탄소나노튜브의 개체수 산출 방법에 의하면 다양한 방법으로 합성된 탄소나노튜브에서 단위 중량당 개체수를 정확하게 산출해낼 수 있다.According to the method for calculating the number of carbon nanotubes according to the present invention, the number of individuals per unit weight can be accurately calculated from carbon nanotubes synthesized by various methods.

즉, 동일한 공정에서 합성된 탄소나노튜브 샘플에서는 각 탄소나노튜브의 길이와 직경이 동일하기 때문에, 하나의 탄소나노튜브 길이와 직경을 알고 있다면 그 표면적을 전체 비표면적에서 나누어 줌으로써 개체수 산출이 가능한 것이다. 따라서 단위 중량당 개체수 파악을 통해 탄소나노튜브에 대한 평가 지표를 추가로 제공함으로써 다양한 분야에서 활용이 가능하다.That is, in the carbon nanotube samples synthesized in the same process, since the length and diameter of each carbon nanotube are the same, if the length and diameter of one carbon nanotube is known, the number of individuals can be calculated by dividing the surface area by the total specific surface area. . Therefore, it can be used in various fields by additionally providing an evaluation index for carbon nanotubes by identifying the number of individuals per unit weight.

더불어 탄소나노튜브의 개체수 산출을 위해 먼저 수행되는 탄소나노튜브의 길이 측정 과정에서도 용매에 탄소나노튜브와 분산제를 혼합하여 초음파를 통해 약분산을 수행함으로써 탄소나노튜브가 끊어지는 현상을 최대한 방지하여 다발 형태의 탄소나노튜브 뭉치에서 개별 탄소나노튜브들을 분리해낼 수 있으며, 분산 이후 용매를 추가하여 희석한 후 원심분리 과정을 거침으로써 분산이 잘 이루어지지 않은 뭉치 형태의 탄소나노튜브는 희석액의 바닥으로 침전시키고, 탄소나노튜브의 분리가 잘 이루어진 상층액만을 추출하여 길이를 측정하기 때문에, 가장 정확도가 높은 대표 샘플에 대한 분석을 통해 탄소나노튜브의 길이와 직경 측정 결과에 대한 신뢰도를 높여줄 수가 있다.In addition, in the process of measuring the length of carbon nanotubes, which is first performed to calculate the number of carbon nanotubes, the carbon nanotube and dispersing agent are mixed in a solvent and weakly dispersed through ultrasonic waves to prevent the breaking of the carbon nanotubes as much as possible. Individual carbon nanotubes can be separated from the carbon nanotube bundle in the form of a carbon nanotube in the form of a lump that is not well dispersed by adding a solvent after dispersion and diluting it and then centrifuging. Since the length is measured by extracting only the supernatant from which the carbon nanotubes have been separated well, it is possible to increase the reliability of the length and diameter measurement results of carbon nanotubes through the analysis of the most accurate representative sample.

도1은 합성된 탄소나노튜브의 현미경 사진.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브의 개체수 산출 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도3은 도2의 과정 중 탄소나노튜브의 길이 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도4는 탄소나노튜브의 직경 및 길이와 개체당 표면적의 관계를 설명하기 위한 개념도.1 is a micrograph of a synthesized carbon nanotube.
2 is a flowchart for explaining a method for calculating the number of carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flow chart for explaining a method of measuring the length of the carbon nanotubes in the process of Figure 2;
4 is a conceptual diagram for explaining the relationship between the diameter and length of carbon nanotubes and the surface area per individual.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but some components irrelevant to the gist of the invention will be omitted or compressed, but the omitted configuration is not necessarily a configuration not necessary in the present invention, It may be used in combination by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains.

도1은 촉매를 이용하여 합성된 다발형 다층벽 탄소나노튜브의 전자현미경 이미지이다. 도1에 도시된 바와 같이, 합성을 마친 탄소나노튜브는 방향성을 가지고 다발로 뭉쳐 있기 때문에, 개별 탄소나노튜브의 개체수가 얼마인지 확인하는 것이 불가능하다. 따라서 다음과 같은 방법으로 개체수의 범위를 산출해 내고자 한다.1 is an electron microscope image of a bundle-type multi-walled carbon nanotube synthesized using a catalyst. As shown in FIG. 1 , since the synthesized carbon nanotubes are clustered in bundles with directionality, it is impossible to ascertain the number of individual carbon nanotubes. Therefore, we want to calculate the range of the number of individuals in the following way.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브의 개체수 산출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 단위 중량 내에 포함된 탄소나노튜브의 개체수를 산출하기 위해서는 다음과 같은 조건을 만족한다고 가정한다.2 is a flowchart for explaining a method for calculating the number of carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention. In order to calculate the number of carbon nanotubes included in the unit weight, it is assumed that the following conditions are satisfied.

첫째 단위 중량 내에 포함된 탄소나노튜브들의 길이와 직경이 모두 동일하다고 가정한다. 실제 동일한 환경 조건 하에서 동일한 공정으로 탄소나노튜브를 합성하면, 이들 집합에 포함된 탄소나노튜브들의 길이와 직경은 모두 동일하다는 조건을 만족할 수 있다.First, it is assumed that the length and diameter of the carbon nanotubes included in the unit weight are the same. In fact, when carbon nanotubes are synthesized by the same process under the same environmental conditions, the condition that the lengths and diameters of the carbon nanotubes included in these sets are all the same may be satisfied.

둘째, 단위 중량 내에 포함된 탄소나노튜브의 양단은 막혀 있어서 흡착 가스가 탄소나노튜브의 외벽에만 흡착된다고 가정한다. 탄소나노튜브의 양단이 막혀 있다고 가정할 수 있는 이유는 결함이 전혀 없는 탄소나노튜브의 경우 생성된 CNT의 한쪽 끝은 성장촉매로 막혀 있을 것이고, 다른 한쪽은 원의 반쪽 모양(Fullerene)으로 막혀 있기 때문이다. 그러나 100% 완벽한 결정성을 가진 탄소나노튜브는 아직까지는 이상적인 소재일 뿐이며, 실제로는 탄소나노튜브 구조체의 크랙(crack)과 같은 부분으로 헬륨 가스가 침투할 수는 있다. 그러나 탄소나노튜브 소재에서 개별적으로 크랙(crack)이 어느정도 존재하는지 확인하는 것은 실질적으로 불가능하고, 양 끝단이나 크랙을 통해 내부로 침투되는 헬륨 가스의 양은 매우 극소량이라 할 수 있으므로 무시하는 것이 가능하다.Second, it is assumed that both ends of the carbon nanotube included in the unit weight are blocked, so that the adsorbed gas is adsorbed only on the outer wall of the carbon nanotube. The reason that it can be assumed that both ends of the carbon nanotube are blocked is that in the case of a carbon nanotube without any defects, one end of the generated CNT will be blocked with a growth catalyst, and the other end is blocked with a fullerene shape. Because. However, a carbon nanotube with 100% perfect crystallinity is still only an ideal material, and in fact, helium gas may penetrate into a part such as a crack of a carbon nanotube structure. However, it is practically impossible to check how much cracks exist individually in the carbon nanotube material, and the amount of helium gas that penetrates into the inside through both ends or cracks is very small, so it is possible to ignore it.

이러한 전제 조건 하에서 탄소나노튜브의 길이와 직경을 측정<S205>한다. 탄소나노튜브의 길이와 직경은 다발 형태로 뭉쳐져 있는 탄소나노튜브를 분산 및 원심분리 한 후 입도분석기를 통해 분석해 내는 것이며, 이에 대한 구체적인 설명은 도3을 통해 이하에서 다시 다루도록 한다.Under these prerequisites, the length and diameter of the carbon nanotubes are measured <S205>. The length and diameter of the carbon nanotubes are analyzed through a particle size analyzer after dispersing and centrifuging the carbon nanotubes that are clustered together, and a detailed description thereof will be dealt with again below with reference to FIG. 3 .

이때 개체수 산출을 위해 준비된 탄소나노튜브의 샘플과, 길이 측정을 위해 준비되는 탄소나노튜브의 샘플은 별도로 준비해야 한다. 예컨대 동일한 공정에서 합성된 탄소나노튜브가 총 1g이라면, 이중 0.1g의 제1샘플은 길이와 직경 측정을 위한 샘플로 사용하고, 또 다른 0.1g의 제2샘플은 개체수 산출을 위한 샘플로 사용하는 것이다.In this case, the carbon nanotube sample prepared for counting the number of individuals and the carbon nanotube sample prepared for length measurement should be separately prepared. For example, if the total number of carbon nanotubes synthesized in the same process is 1 g, 0.1 g of the first sample is used as a sample for length and diameter measurement, and another 0.1 g of the second sample is used as a sample for calculating the number of individuals. will be.

제1샘플을 통해 탄소나노튜브의 길이와 직경을 측정한 이후, 제2샘플의 탄소나노튜브를 밀폐된 용기에 담고 가스를 주입하여 탄소나노튜브의 표면에 흡착이 이루어지도록 한 후, 가스의 소모량을 산출<S210>한다. 본 실시예에서는 흡착용 가스로 헬륨(He) 가스를 사용하였다.After measuring the length and diameter of the carbon nanotubes through the first sample, the carbon nanotubes of the second sample are placed in a sealed container and gas is injected so that adsorption is made on the surface of the carbon nanotubes, and then the amount of gas consumption Calculate <S210>. In this embodiment, helium (He) gas was used as the gas for adsorption.

흡착(adsorption)이란 가스 분자들이 불규칙한 방향과 속도로 고체의 표면과 충돌할 시 고체의 표면은 내부보다 불안정한 상태에 있으며, 이를 만족시키기 위해 가스의 분자가 고체의 표면에 달라붙는 현상을 말한다. 흡착되는 가스의 양은 온도와 압력에 의해 결정된다. 따라서 밀폐된 용기 내에서 다른 조건의 변화 없이 헬륨 가스를 주입한 후 압력의 변화를 측정하면 탄소나노튜브에 흡착된 헬륨 가스의 소모량을 알 수 있게 된다.When gas molecules collide with the surface of a solid in an irregular direction and speed, the adsorption refers to a phenomenon in which the surface of a solid is in a more unstable state than the inside. The amount of gas adsorbed is determined by temperature and pressure. Therefore, by measuring the change in pressure after injecting helium gas without changing other conditions in the sealed container, it is possible to know the consumption amount of the helium gas adsorbed to the carbon nanotubes.

이렇게 탄소나노튜브에 헬륨 가스가 흡착되어 헬륨 가스 소모량이 산출되었다면, 앞선 과정에서 측정한 탄소나노튜브의 길이와 직경을 이용하여, 해당 샘플 내에 포함된 탄소나노튜브의 개체수를 산출<S215>할 수 있다.If helium gas is adsorbed to the carbon nanotube and the helium gas consumption is calculated, the number of carbon nanotubes included in the sample can be calculated <S215> using the length and diameter of the carbon nanotube measured in the previous process. have.

보다 구체적으로 헬륨 가스의 소모량이 산출되면, 탄소나노튜브의 길이와 직경을 이용하여 개체수를 산출하게 된다. 즉 탄소나노튜브의 표면에서 단위면적당 흡착될 수 있는 헬륨 가스의 양은 탄소나노튜브마다 다르다. 또한 이미 탄소나노튜브의 모든 표면에 헬륨 가스가 흡착되었다면 더 이상의 헬륨 가스가 흡착되지는 않는다. 따라서 일정 조건 아래에서 헬륨 가스를 주입하여 흡착이 이루어지도록 하고, 흡착된 헬륨 가스를 탈착시키는 과정을 통해 헬륨 가스의 분자량을 측정하면 비표면적을 산출할 수 있다. 즉 헬륨 가스 분자 하나당 차지하는 표면적이 정해져 있기 때문에 탈착되는 헬륨 가스의 분자량을 산출하면 비표면적을 계산할 수 있는 것이다. 이렇게 도출된 비표면적과 개별 탄소나노튜브의 길이와 직경을 통해 개체수를 산출할 수 있다.More specifically, when the consumption of helium gas is calculated, the number of individuals is calculated using the length and diameter of carbon nanotubes. That is, the amount of helium gas that can be adsorbed per unit area on the surface of the carbon nanotube is different for each carbon nanotube. In addition, if helium gas has already been adsorbed on all surfaces of the carbon nanotubes, no more helium gas is adsorbed. Therefore, the specific surface area can be calculated by injecting helium gas under a certain condition to make it adsorb, and then measuring the molecular weight of the helium gas through the process of desorbing the adsorbed helium gas. That is, since the surface area occupied by one helium gas molecule is determined, the specific surface area can be calculated by calculating the molecular weight of the desorbed helium gas. The number of individuals can be calculated through the derived specific surface area and the length and diameter of individual carbon nanotubes.

도4를 통해 이를 설명하면 다음과 같다. 도4의 (a)는 하나의 탄소나노튜브를 개념적으로 도시한 것이다. 탄소나노튜브는 소정의 직경과 길이를 가지는 원통형을 이루고 있기 때문에, 이 원통의 한쪽을 절개하여 펼치면 도4의 (b)와 같은 직사각형 형태로 전개된다. 이때 탄소나노튜브가 전개된 직사각형의 높이는 탄소나노튜브의 길이 L이고, 직사각형의 너비는 원통 둘레의 길이, 즉 직경(d)에 원주율(π)을 곱한 값, 즉 πd가 된다. 따라서 하나의 개체인 개별 탄소나노튜브의 표면적은 πd × L이 된다.This will be described with reference to FIG. 4 as follows. FIG. 4A conceptually illustrates one carbon nanotube. Since the carbon nanotube has a cylindrical shape having a predetermined diameter and length, when one side of the cylinder is cut and unfolded, it develops into a rectangular shape as shown in FIG. 4(b). At this time, the height of the rectangle in which the carbon nanotubes are developed is the length L of the carbon nanotube, and the width of the rectangle is the length of the circumference of the cylinder, that is, the diameter (d) multiplied by the circumference ratio (π), that is, πd. Therefore, the surface area of an individual carbon nanotube as an individual is πd × L.

여기서 도4의 (b)는 탄소나노튜브의 개체당 표면적을 나타낸 것이지만, 앞선 과정에서 헬륨 가스의 소모량을 통해서는 단위 질량당 표면적인 비표면적(m2/g, BET)을 알 수 있다. 흡착 가스의 소모량을 통해 시료의 비표면적을 측정하는 원리와 장비는 이미 공지된 기술이기 때문에 자세한 설명은 생략토록 한다.Although FIG. 4(b) shows the surface area per individual of the carbon nanotubes, the specific surface area per unit mass (m 2 /g, BET) can be known through the consumption of helium gas in the preceding process. Since the principle and equipment for measuring the specific surface area of a sample through the consumption of adsorbed gas are already known techniques, a detailed description thereof will be omitted.

따라서 탄소나노튜브 샘플의 비표면적(m2/g)을 알고, 단일 탄소나노튜브의 표면적(πd × L)을 알고 있다면, 해당 탄소나노튜브 샘플의 개체수는 비표면적(m2/g)을 단일 탄소나노튜브의 표면적(πd × L)으로 나눈 값으로 산출될 수 있다. 즉 탄소나노튜브 샘플에서 단위 중량당 개체수는 아래의 수식으로 표현될 수 있다.Therefore, if the specific surface area (m 2 /g) of a carbon nanotube sample is known and the surface area (πd × L) of a single carbon nanotube is known, the number of individuals of the corresponding carbon nanotube sample is the specific surface area (m 2 /g) of a single carbon nanotube sample. It can be calculated as a value divided by the surface area (πd × L) of the carbon nanotube. That is, the number of individuals per unit weight in the carbon nanotube sample can be expressed by the following equation.

[단위 중량당 개체수 = BET / (πd × L)][Number of individuals per unit weight = BET / (πd × L)]

(여기서 BET는 탄소나노튜브 샘플의 비표면적, d는 단일 탄소나노튜브의 직경, L은 단일 탄소나노튜브의 길이)(Where BET is the specific surface area of the carbon nanotube sample, d is the diameter of a single carbon nanotube, and L is the length of the single carbon nanotube)

한편 본 발명에서는 탄소나노튜브의 정확한 길이와 직경을 측정하기 위해 도3에 도시된 바와 같은 과정을 거치도록 한다.Meanwhile, in the present invention, in order to measure the exact length and diameter of the carbon nanotube, a process as shown in FIG. 3 is performed.

도3은 탄소나노튜브의 길이와 직경을 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉 도1에 도시된 탄소나노튜브 다발에서 일부의 탄소나노튜브를 분리시켜 길이와 직경을 측정하는 과정에 대한 것이다.3 is a flowchart for explaining a method of measuring the length and diameter of carbon nanotubes. That is, it relates to a process of measuring the length and diameter by separating some carbon nanotubes from the carbon nanotube bundle shown in FIG. 1 .

길이와 직경을 측정 하기 위해서는 다발 형태로 뭉쳐 있는 탄소나노튜브를 분산<S305>시켜야 한다. 이때 탄소나노튜브를 강분산 시키면 끊어짐이 발생하여 탄소나노튜브의 길이를 올바르게 측정할 수 없게 된다. 따라서 다음과 같은 약분산 방식을 적용해야 한다.In order to measure the length and diameter, it is necessary to disperse the carbon nanotubes in a bundle form <S305>. At this time, if the carbon nanotubes are strongly dispersed, breakage occurs, and the length of the carbon nanotubes cannot be measured correctly. Therefore, the following weak dispersion method should be applied.

분산을 위해 먼저 용매에 탄소나노튜브와 분산제를 넣어 혼합한다. 용매로는 DIW(deionized water, 탈이온수), N-Methyl-2-pyrrolidone, N,N-Dimethylformamide, N,N-Dimethylacetamide, Dimethyl sulfoxide, ethanol, methanol, pentyl alcohol, acetone, Methyl ethyl ketone, Cyclopentanone, ethyl acetate, ethylene glycol, Diethylene glycol, 1-Propanol, isopropanol, 1-Butanol, isobutanol, octanol, Ethylene glycol monoethyl ether, Diethylene glycol monoethyl ether, Triethylene glycol monoethyl ether, Tetraethylene glycol monoethyl ether 중 하나 이상이 사용될 수 있다.For dispersion, first put carbon nanotubes and a dispersant in a solvent and mix. Solvents include DIW (deionized water, deionized water), N-Methyl-2-pyrrolidone, N,N-Dimethylformamide, N,N-Dimethylacetamide, Dimethyl sulfoxide, ethanol, methanol, pentyl alcohol, acetone, Methyl ethyl ketone, Cyclopentanone, At least one of ethyl acetate, ethylene glycol, diethylene glycol, 1-Propanol, isopropanol, 1-Butanol, isobutanol, octanol, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, and tetraethylene glycol monoethyl ether may be used.

또한 분산제로는 음이온성 계면 활성제, 양이온성 계면 활성제, 양쪽성 계면 활성제, 비이온 계면 활성제, 고분자형 분산제가 사용될 수 있다.In addition, as the dispersant, anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, nonionic surfactants, and polymeric dispersants may be used.

음이온성 계면 활성제로는 예컨대 Sodium deoxycholate, Sodium dodecyl sulfate, Sodium dodecyl benzene sulfonate, Ammonium dodecyl benzene sulfonate, sodium laureth ether sulfate 등이 있다.Examples of the anionic surfactant include sodium deoxycholate, sodium dodecyl sulfate, sodium dodecyl benzene sulfonate, ammonium dodecyl benzene sulfonate, and sodium laureth ether sulfate.

양이온성 계면 활성제로는 Cetrimonium bromide, Cetrimonium chloride, Benzethonium chloride, Benzalkonium chloride, Dimethyldioctadecylammonium bromide, Dimethyldioctadecylammonium chloride, Dimethyldioctadecylammonium propane, Thonzonium bromide 예컨대 등이 있다.Examples of the cationic surfactant include Cetrimonium bromide, Cetrimonium chloride, Benzethonium chloride, Benzalkonium chloride, Dimethyldioctadecylammonium bromide, Dimethyldioctadecylammonium chloride, Dimethyldioctadecylammonium propane, and Thonzonium bromide.

양쪽성 계면 활성제로는 예컨대 Sodium lauroamphoacetate, Lecithin, Hydroxysultaine, Cocamidopropyl betaine 등이 있다.Examples of the amphoteric surfactant include Sodium lauroamphoacetate, Lecithin, Hydroxysultaine, Cocamidopropyl betaine, and the like.

비이온 계면 활성제로는 예컨대 Triton X-100, Tween 80, Sorbitan, Sorbitan monolaurate, Sorbitan monostearate, Polyethoxylated tallow amine, Polyglycerol polyricinoleate, Octyl glucoside 등이 있다.Nonionic surfactants include, for example, Triton X-100, Tween 80, Sorbitan, Sorbitan monolaurate, Sorbitan monostearate, Polyethoxylated tallow amine, Polyglycerol polyricinoleate, Octyl glucoside, and the like.

고분자형 분산제로는 예컨대 Polyvinyl Pyrrolidone, polyvinylidene fluoride, polyvinyl butyral , Carboxymethyl cellulose, Hydroxypropylmethyl Cellulose, Methyl Cellulose, styrene butylene rubber 등이 있다.Polyvinyl Pyrrolidone, polyvinylidene fluoride, polyvinyl butyral , Carboxymethyl cellulose, Hydroxypropylmethyl Cellulose, Methyl Cellulose, styrene butylene rubber, etc. are available as a polymer type dispersing agent, for example.

한편 탄소나노튜브와 분산제는 1:0.01 내지 1:100의 중량비로 혼합된다. 예컨대 용매로써 DIW 79.72g과, CNT 0.08g과, PVP 희석액 0.2g을 혼합하여 분산액을 준비한다. 이때 PVP 희석액은 분산제인 PVP(Polyvinyl Pyrrolidone) 0.04g에 DIW 0.16g을 혼합한 것이다.Meanwhile, the carbon nanotubes and the dispersant are mixed in a weight ratio of 1:0.01 to 1:100. For example, a dispersion is prepared by mixing 79.72 g of DIW, 0.08 g of CNT, and 0.2 g of a PVP dilution as a solvent. At this time, the PVP diluent is a mixture of 0.04 g of polyvinyl pyrrolidone (PVP), which is a dispersant, and 0.16 g of DIW.

탄소나노튜브와 분산제의 혼합 중량비 범위가 넓은 이유는 분산제의 종류마다 탄소나노튜브를 분산시킬 수 있는 능력이 다르고, 또한 동일한 분산제라 하더라도 탄소나노튜브의 물성(길이, 결정성 등)에 따라서도 분산정도가 달라지기 때문이다. 예컨대 어떠한 분산제는 1g만으로도 10g의 탄소나노튜브를 분산시킬 수 있지만, 다른 분산제 1g으로는 탄소나노튜브 1g도 분산시키기 힘든 경우가 있다.The reason for the wide range of the mixing weight ratio of carbon nanotubes and dispersants is that the ability to disperse carbon nanotubes is different for each type of dispersant, and even the same dispersant is dispersed depending on the physical properties (length, crystallinity, etc.) of the carbon nanotubes. Because the degree varies. For example, although 1 g of some dispersant can disperse 10 g of carbon nanotubes, 1 g of another dispersing agent may be difficult to disperse even 1 g of carbon nanotubes.

본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 최적으로 분산시키기 위한 분산제의 종류와 혼합비율을 찾고자 하는 것이 아니다. 따라서 다양한 종류의 분산제가 존재하고 있고, 다양한 방식으로 합성된 탄소나노튜브의 물성도 다르기 때문에 탄소나노튜브와 분산제의 중량비를 1:0.01 내지 1:100의 넓은 범위로 지정한 것이다. 물론 바람직하게는 PVP 분산제를 사용할 시, 탄소나노튜브와 PVP 분산제는 1:0.3 내지 1:1의 중량비로 혼합될 수 있다.It is not an object of the present invention to find the type and mixing ratio of a dispersant for optimally dispersing carbon nanotubes. Therefore, since various kinds of dispersants exist and the physical properties of carbon nanotubes synthesized by various methods are different, the weight ratio of carbon nanotubes to the dispersant is designated in a wide range of 1:0.01 to 1:100. Of course, preferably, when using the PVP dispersant, the carbon nanotubes and the PVP dispersant may be mixed in a weight ratio of 1:0.3 to 1:1.

이후 준비된 분산액(용매, CNT, 분산제의 혼합물)에 외력을 가하여 균질화된 분산액을 얻게된다. 예컨대 초음파, 볼밀, 비드밀, 3롤 밀, 바스켓 밀 또는 고압 균질기를 이용하여 외력을 가함으로써 균질화된 분산액을 얻을 수 있다. 본 실시예에서는 소정시간(예컨대 1시간)동안 초음파를 가하여 탄소나노튜브를 분산시키고 균질화된 분산액을 수득하였다.Thereafter, an external force is applied to the prepared dispersion (a mixture of solvent, CNT, and dispersant) to obtain a homogenized dispersion. For example, a homogenized dispersion can be obtained by applying an external force using an ultrasonic wave, a ball mill, a bead mill, a three-roll mill, a basket mill, or a high-pressure homogenizer. In this example, the carbon nanotubes were dispersed by applying ultrasonic waves for a predetermined time (eg, 1 hour) to obtain a homogenized dispersion.

초음파를 통해 균질화된 분산액이 얻어지면 원심분리를 위해 균질화된 분산액에 용매를 추가하여 희석시킨다. 여기서 균질화된 분산액과 추가되는 용매의 중량비는 1:1 내지 1:100인 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 CNT 수용액 2g에 DIW 38g를 첨가하여 희석액을 수득하였다.When a homogenized dispersion is obtained through ultrasonication, it is diluted by adding a solvent to the homogenized dispersion for centrifugation. Here, the weight ratio of the homogenized dispersion and the solvent to be added is preferably 1:1 to 1:100. In this example, a diluted solution was obtained by adding 38 g of DIW to 2 g of a CNT aqueous solution.

균질화된 분산액과 추가되는 용매의 중량비 역시, 용매의 종류에 따라 분산 정도가 달라지기 때문에 넓은 범위의 혼합비율을 기재한 것이며, 바람직하게는 추가되는 용매로 DIW(탈이온수)를 사용할 경우, 균질화된 분산액과 추가되는 용매는 1:5 내지 1:20의 중량비로 혼합될 수 있다.The weight ratio of the homogenized dispersion and the added solvent also describes a wide range of mixing ratios because the degree of dispersion varies depending on the type of solvent. Preferably, when using DIW (deionized water) as the added solvent, the homogenized The dispersion and the added solvent may be mixed in a weight ratio of 1:5 to 1:20.

균질화된 분산액에 용매를 추가하여 희석시키는 이유는 다발 형태의 탄소나노튜브에서 풀어진 탄소나노튜브 가닥들을 다발 뭉치에서 최대한 분리시키기 위함이다.The reason for dilution by adding a solvent to the homogenized dispersion is to separate the carbon nanotube strands released from the bundled carbon nanotube as much as possible from the bundled bundle.

이후 희석액을 원심분리<S310>한다. 본 실시예에서는 희석액을 15,000rpm으로 30분동안 원심분리 시켰다. 원심분리를 마치면 희석액에서 상층액만 추출하여 이에 포함된 탄소나노튜브 길이를 측정<S315>한다.Thereafter, the diluted solution is centrifuged <S310>. In this example, the diluted solution was centrifuged at 15,000 rpm for 30 minutes. After centrifugation, only the supernatant is extracted from the diluent and the length of the carbon nanotube contained therein is measured <S315>.

앞서 용매에 탄소나노튜브와 분산제를 넣어 혼합한 분산액에 초음파를 가하여 분산을 실시함에 따라, 다발 형태의 탄소나노튜브에서 개별 탄소나노튜브 가닥들이 상당량 떨어져 분리된다. 하지만 분리되지 않은 탄소나노튜브들이 여전히 다발 형태로 뭉쳐있게 되는데, 여기에 용매를 추가한 후 원심분리 과정을 거치면, 다발로 뭉쳐 있는 탄소나노튜브 다발들은 바닥으로 침전되고, 다발에서 분리된 탄소나노튜브 가닥들은 희석액의 상층부로 떠오르게 된다. 따라서 원심분리된 희석액에서 상층액만 추출할 경우 최대한 분리가 잘 이루어진 탄소나노튜브들만 수득할 수 있게 된다.As the dispersion is carried out by applying ultrasonic waves to the dispersion in which the carbon nanotubes and the dispersant are previously mixed in the solvent, individual carbon nanotube strands are separated from the bundled carbon nanotubes by a considerable amount. However, the unseparated carbon nanotubes are still clustered together in the form of bundles. After adding a solvent to this, after centrifugation, the bundles of carbon nanotubes are precipitated to the bottom, and the carbon nanotubes separated from the bundles. The strands float to the top of the diluent. Therefore, when only the supernatant is extracted from the centrifuged diluent, it is possible to obtain only carbon nanotubes that have been separated as best as possible.

원심분리된 희석액에서 추출한 상층액에 포함된 탄소나노튜브의 길이는 입도분석기(PSA, particle size analyzer)를 통해 측정할 수 있다. 본 실시예에서는 광학적 특성을 통해 입자의 길이를 측정하는 레이저 회절(Laser Diffraction) 입도분석기가 사용되었다.The length of the carbon nanotube contained in the supernatant extracted from the centrifuged diluent can be measured through a particle size analyzer (PSA, particle size analyzer). In this embodiment, a laser diffraction particle size analyzer for measuring the length of particles through optical properties was used.

입자에 레이저를 조사하면 회절, 굴절, 반사, 흡수, 산란 등의 광학적 특성이 나타나는데, 이중 레이저를 입자에 조사하였을 시 입자의 표면을 지나갈 때 발생하는 회절 현상을 이용한 것이 레이저 회절 입도분석기이다. 즉 입자의 크기가 클수록 회절 각도는 작아지고, 입자의 크기가 작을수록 회절 각도는 커지게 되는데, 이러한 회절광을 검출하여 입자의 사이즈를 분석하는 것이다.When laser is irradiated to particles, optical properties such as diffraction, refraction, reflection, absorption, and scattering appear. That is, the larger the particle size, the smaller the diffraction angle, and the smaller the particle size, the larger the diffraction angle.

레이절 회절 분석 방법을 사용하는 이유는 nm에서 mm까지 넓은 범위를 측정하는 것이 가능하고, 측정 속도가 빠르며, 샘플을 순환시켜 반복 측정함으로써 정확도가 높기 때문이다.The reason for using the ray diffraction analysis method is that it is possible to measure a wide range from nm to mm, the measurement speed is fast, and the accuracy is high by repeating the measurement by cycling the sample.

본 실시예에서는 상층액 샘플을 3번 반복 측정하였으며, 그 분석 결과 도출된 입자 크기의 누적분포곡선에서 각 곡선의 피크점 평균값을 통해 해당 샘플의 탄소나노튜브 길이를 결정하게 된다.In this embodiment, the supernatant sample was repeatedly measured three times, and the carbon nanotube length of the sample is determined through the average value of the peak points of each curve in the cumulative distribution curve of particle size derived from the analysis result.

한편, 탄소나노튜브의 직경은 SEM(scanning electron microscopy) 또는 TEM(transmission electron microscopy)를 이용하여 측정이 가능하다. 즉, 원심분리 후 추출된 상층액을 SEM 또는 TEM 장비를 이용하여 분석함으로써 개별 탄소나노튜브의 직경을 측정할 수 있다.Meanwhile, the diameter of the carbon nanotube can be measured using scanning electron microscopy (SEM) or transmission electron microscopy (TEM). That is, the diameter of individual carbon nanotubes can be measured by analyzing the supernatant extracted after centrifugation using SEM or TEM equipment.

그리고 이상에서 설명한 방법으로 개체수가 산출된 탄소나노튜브는 2차전지용 양극/음극 도전재, 도료, 안료, 또는 컴파운딩용 첨가제로 사용될 수 있다.And the carbon nanotubes whose number is calculated by the method described above may be used as a positive/negative electrode conductive material for a secondary battery, a paint, a pigment, or an additive for compounding.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 개체수 산출 방법에 의하면 다양한 방법으로 합성된 탄소나노튜브에서 단위 중량당 개체수를 정확하게 산출해낼 수 있다.As described in detail above, according to the method for calculating the number of carbon nanotubes according to the present invention, it is possible to accurately calculate the number of individuals per unit weight of carbon nanotubes synthesized by various methods.

즉, 동일한 공정에서 합성된 탄소나노튜브 샘플에서는 각 탄소나노튜브의 길이와 직경이 동일하기 때문에, 하나의 탄소나노튜브 길이와 직경을 알고 있다면 그 표면적을 전체 비표면적에서 나누어 줌으로써 개체수 산출이 가능한 것이다. 따라서 단위 중량당 개체수 파악을 통해 탄소나노튜브에 대한 평가 지표를 추가로 제공함으로써 다양한 분야에서 활용이 가능하다.That is, in the carbon nanotube samples synthesized in the same process, since the length and diameter of each carbon nanotube are the same, if the length and diameter of one carbon nanotube is known, the number of individuals can be calculated by dividing the surface area by the total specific surface area. . Therefore, it can be used in various fields by additionally providing an evaluation index for carbon nanotubes by identifying the number of individuals per unit weight.

더불어 탄소나노튜브의 개체수 산출을 위해 먼저 수행되는 탄소나노튜브의 길이 측정 과정에서도 용매에 탄소나노튜브와 분산제를 혼합하여 초음파를 통해 약분산을 수행함으로써 탄소나노튜브가 끊어지는 현상을 최대한 방지하여 다발 형태의 탄소나노튜브 뭉치에서 개별 탄소나노튜브들을 분리해낼 수 있으며, 분산 이후 용매를 추가하여 희석한 후 원심분리 과정을 거침으로써 분산이 잘 이루어지지 않은 뭉치 형태의 탄소나노튜브는 희석액의 바닥으로 침전시키고, 탄소나노튜브의 분리가 잘 이루어진 상층액만을 추출하여 길이를 측정하기 때문에, 가장 정확도가 높은 대표 샘플에 대한 분석을 통해 탄소나노튜브의 길이와 직경 측정 결과에 대한 신뢰도를 높여줄 수가 있다.In addition, in the process of measuring the length of carbon nanotubes, which is first performed to calculate the number of carbon nanotubes, the carbon nanotube and dispersing agent are mixed in a solvent and weakly dispersed through ultrasonic waves to prevent the breaking of the carbon nanotubes as much as possible. Individual carbon nanotubes can be separated from the carbon nanotube bundle in the form of a carbon nanotube in the form of a lump that is not well dispersed by adding a solvent after dispersion and diluting it and then centrifuging. Since the length is measured by extracting only the supernatant from which the carbon nanotubes have been separated well, it is possible to increase the reliability of the length and diameter measurement results of carbon nanotubes through the analysis of the most accurate representative sample.

한편, 현재까지 다루어지고 있는 탄소나노튜브의 물리적인 성질은 직경, 결정성, 수율 정도이다. 그러나 탄소나노튜브가 이차전지 및 복합소재 등의 분야에서 응용되고 있고, 이러한 흐름에 발 맞추어 CNT가 응용분야에서 첨가제로 사용된다면, 기존에 다루었던 직경, 결정성, 수율 등의 물리적 성질 외에도 단위 중량 당 개체수가 중요한 판단 정보가 될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 헬륨 가스의 흡탈착을 통해 탄소나노튜브의 비표면적을 산출하고, 또한 개별 탄소나노튜브의 길이와 직경을 이용하여 비표면적으로부터 CNT의 개체수를 산출토록 함으로써, 추후 CNT가 응용분야에서 활용될시 중요한 물리적 성질 정보를 함께 제공해 줄 수 있고, 궁극적으로는 CNT 첨가 제품의 품질을 정량적으로 표시해줄 수 있는 근간이 마련될 수 있다.Meanwhile, the physical properties of carbon nanotubes that have been dealt with up to now are diameter, crystallinity, and yield. However, if carbon nanotubes are being applied in the fields of secondary batteries and composite materials, and CNT is used as an additive in the application field in line with this trend, in addition to the physical properties such as diameter, crystallinity, and yield, which were previously dealt with, the unit weight The number of individuals may be important judgment information. Therefore, in the present invention, the specific surface area of carbon nanotubes is calculated through the adsorption/desorption of helium gas, and the number of CNTs is calculated from the specific surface area using the length and diameter of individual carbon nanotubes. When utilized, important physical property information can be provided, and ultimately, the basis for quantitatively indicating the quality of CNT-added products can be laid.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described preferred embodiments of the present invention have been disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art with the ordinary knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes and additions within the spirit and scope of the present invention, such modifications, changes and additions are to be considered as falling within the scope of the claims of the present invention.

S205 : 길이 및 직경 측정
S210 : 헬륨 소모량 산출
S215 : 개체수 산출S205: Measure length and diameter
S210: Calculate helium consumption
S215: Count the number of individuals

Claims (4)

탄소나노튜브의 길이 및 직경을 측정하는 (a)단계;
탄소나노튜브에 가스를 흡착시키고 소모량을 산출하는 (b)단계; 및
상기 (b)단계에서 산출된 가스의 소모량과 상기 (a)단계에서 측정된 탄소나노튜브의 길이 및 직경을 이용하여 탄소나노튜브의 개체수를 산출하는 (c)단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 개체수 산출 방법.
(a) measuring the length and diameter of the carbon nanotube;
(b) adsorbing gas to carbon nanotubes and calculating consumption; and
(c) calculating the number of carbon nanotubes by using the gas consumption calculated in step (b) and the length and diameter of the carbon nanotubes measured in step (a); A method of calculating the number of carbon nanotubes.
 제1항에 있어서,
상기 (c)단계는,
상기 (a)단계에서 산출된 탄소나노튜브의 길이 및 직경을 통해 단일 탄소나노튜브의 표면적을 산출하는 (c-1)단계;
상기 (b)단계에서 산출된 가스의 소모량을 통해 단위 중량당 표면적인 비표면적을 산출하는 (c-2)단계; 및
상기 비표면적에서 단일 탄소나노튜브의 표면적을 나누어 단위 중량당 개체수를 산출하는 (c-3)단계;를 포함하되,
상기 (c-3)단계를 통해 산출되는 단위 중량당 개체수는 아래의 수식을 통해 얻어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 개체수 산출 방법.

[단위 중량당 개체수 = BET / (πd × L)]
(여기서 BET는 탄소나노튜브 샘플의 비표면적, d는 단일 탄소나노튜브의 직경, L은 단일 탄소나노튜브의 길이)
According to claim 1,
Step (c) is,
(c-1) calculating a surface area of a single carbon nanotube through the length and diameter of the carbon nanotube calculated in step (a);
(c-2) calculating a specific surface area per unit weight based on the gas consumption calculated in step (b); and
(c-3) calculating the number of individuals per unit weight by dividing the surface area of a single carbon nanotube by the specific surface area;
The method for calculating the number of individuals of carbon nanotubes, characterized in that the number of individuals per unit weight calculated through step (c-3) is obtained through the following equation.

[Number of individuals per unit weight = BET / (πd × L)]
(Where BET is the specific surface area of the carbon nanotube sample, d is the diameter of a single carbon nanotube, and L is the length of the single carbon nanotube)
 제1항에 있어서,
상기 (a)단계는,
탄소나노튜브를 분산시키는 (a-1)단계;
상기 (a-1)단계에서 분산된 탄소나노튜브를 원심분리하는 (a-2)단계; 및
상기 (a-2)단계에서 원심분리된 탄소나노튜브에서 샘플을 채취하여 길이와 직경을 측정하는 (a-3)단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 개체수 산출 방법.
According to claim 1,
The step (a) is,
(a-1) dispersing the carbon nanotubes;
(a-2) centrifuging the carbon nanotubes dispersed in step (a-1); and
(a-3) measuring the length and diameter by taking a sample from the carbon nanotube centrifuged in step (a-2);
 제1항 내지 3항 중 어느 한 항의 방법으로 개체수가 산출된 탄소나노튜브는 2차전지용 양극/음극 도전재, 도료, 안료, 또는 컴파운딩용 첨가제로 사용되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 개체수 산출 방법.The number of carbon nanotubes, the number of which is calculated by the method of any one of claims 1 to 3, is used as a positive/negative conductive material for secondary batteries, paints, pigments, or additives for compounding. calculation method.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101010550B1 (en) * 2003-01-20 2011-01-24 데이진 가부시키가이샤 Carbon nanotube coated with aromatic condensation polymer
JP2015230210A (en) * 2014-06-04 2015-12-21 富士通株式会社 Evaluation method, growth method, evaluation device, and growth device
JP2016056230A (en) * 2014-09-05 2016-04-21 日本ゼオン株式会社 Production method of carbon nanotube-containing resin composition, carbon nanotube-containing resin composition, and composite material
KR20160101402A (en) * 2015-02-17 2016-08-25 주식회사 슈파인 Apparatus for concentration and decontamination of volatile organic compounds
KR101683931B1 (en) * 2009-03-04 2016-12-07 도레이 카부시키가이샤 Composition containing carbon nanotubes, catalyst for producing carbon nanotubes, and aqueous dispersion of carbon nanotubes
KR20180099671A (en) * 2015-12-28 2018-09-05 니폰 제온 가부시키가이샤 Fibrous carbon nanostructure dispersion

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101010550B1 (en) * 2003-01-20 2011-01-24 데이진 가부시키가이샤 Carbon nanotube coated with aromatic condensation polymer
KR101683931B1 (en) * 2009-03-04 2016-12-07 도레이 카부시키가이샤 Composition containing carbon nanotubes, catalyst for producing carbon nanotubes, and aqueous dispersion of carbon nanotubes
JP2015230210A (en) * 2014-06-04 2015-12-21 富士通株式会社 Evaluation method, growth method, evaluation device, and growth device
JP2016056230A (en) * 2014-09-05 2016-04-21 日本ゼオン株式会社 Production method of carbon nanotube-containing resin composition, carbon nanotube-containing resin composition, and composite material
KR20160101402A (en) * 2015-02-17 2016-08-25 주식회사 슈파인 Apparatus for concentration and decontamination of volatile organic compounds
KR20180099671A (en) * 2015-12-28 2018-09-05 니폰 제온 가부시키가이샤 Fibrous carbon nanostructure dispersion

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